실제로 컴퓨터끼리는 IP주소를 사용해 데이터를 주고받는다

castlemin·2022년 5월 12일
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3계층의 기능


3계층에서 하는 일

3계층은 다른 네트워크 대역, 즉 멀리 떨어진 곳에 존재하는 LAN 네트워크까지 어떻게 데이터를 전달할지 제어하는 일을 담당.
발신에서 착신까지의 패킷의 경로를 제어

3계층에서 쓰는 주소 - IP주소

IP주소는 3계층 프로토콜을 이용해 WAN에서 통신할 때 사용하는 주소이다.

  • IPv4 주소 : 현재 PC에 할당된 IP 주소로 10진수 체계를 이용하며 각각의 크기가 1byte인 4개의 필드를 갖는다. 이러한 특성으로 각 필드에는 0~255의 수가 들어가며 필드 간 '.'으로 구분된다.
  • 서브넷 마스크 : IP 주소에 대한 네트워크의 대역을 규정하는 것
  • 게이트웨이 주소 : 외부와 통신할 때 사용하는 네트워크의 출입구

3계층 프로토콜

ARP 프로토콜

  • IP주소를 이용해 MAC주소를 알아노는 프로토콜

IPv4 프로토콜

  • WAN에서 통신할 때 사용하는 프로토콜
  • 우리가 흔히 말하는 ip주소를 IPv4 주소를 의미하며, IPv4와 IPv6는 프로토콜의 구조 자체가 다르다.

ICMP 프로토콜

  • 서로가 통신되는지 확인할 때 사용하는 프로토콜


일반적인 IP 주소


Classful IP 주소

ip주소의 초창기 형태로 네트워크의 크기, 즉 소속될 수 있는 호스트의 수를 기준으로 클래스를 나누고 이에 따라 ip주소의 범위를 나누어 사용하였다.

클래스네트워크 구분시작 주소마지막 주소
A 클래스첫번째 필드 (bit: 0XXXXXXXX)0.0.0.0127.255.255.255
B 클래스두번째 필드 (bit: 10XXXXXX)128.0.0.0191.255.255.255
C 클래스세번째 필드 (bit: 110XXXXX)192.0.0.0223.255.255.255
D 클래스 (멀티캐스트)bit: 1110XXXX224.0.0.0239.255.255.255
E 클래스 (예약:연구목적)bit: 1111XXXX240.0.0.0255.255.255.255
  • 네트워크 구분: 해당 클래스에 속하는 네트워크를 구분
  • 네트워크 구분 이하 : 해당 네트워크에 속하는 호스트를 구분

이러한 특징으로 A클래스에 속하는 네트워크의 갯수는 128개(첫번째 필드) 뿐이고, 각 네트워크에 속하는 호스트의 갯수는 2^24개(두번째 필드~)가 된다.
B클래스에 속하는 네트워크의 갯수는 두번째 필드까지 계산하기 때문에 2^(6+8)개가 되고, 각 네트워크의 속하는 호스트의 갯수는 2^16(세번째 필드~)가 된다.

위와 같은 방식의 Classful IP 체계는 각 네트워크 별로 속할 수 있는 호스트의 갯수보다 실제로 적은 갯수가 속하게 된다면, 주소에 대한 공실이 발생하게 되어 낭비가 발생하게 된다. (ex. A클래스 네트워크에 40000개의 호스트만 속하는 경우)
네트워크를 통해 통신할 호스트의 갯수가 많아지면서 새로운 체계의 필요성이 대두되었다.

Classless IP 주소

  • 필드(바이트)단위로 네트워크 대역을 구분한 classful ip 체계에 대안으로서 제시된 ip 체계이다.
  • ip주소에서의 네트워크 대역과 호스트를 bit단위로 구분하여 더 세밀한 네트워크 대역을 갖는 체계이며, 이 구분점을 서브넷 마스크로 기록한다.
  • 서브넷 마스크는 IPv4 address 체계와 같은 형식을 갖으며, 2진수로 표현하였을 때 1로 시작하고 1과 1 사이에는 0이 올 수 없다는 규칙을 갖고 있다.

ex) ip가 192.168.100.68이며, 서브넷마스크가 255.255.255.192라고 한다면?

255.255.255.192 > 11111111.11111111.11111111.11000000 이므로 1이 존재하는 앞 26bit만큼 ip주소의 앞 26bit가 네트워크 대역을 구분하는 값이된다.
192.168.100.0와 같이 C클래스에 해당하는 네트워크를 192.168.100.0, 192.168.100.64, 192.168.100.128, 192.168.100.192와 같이 4개의 작은 네트워크 대역으로 나눈 것이고 해당 IP 주소는 2번째 네트워크에 해당하는 것이다.

사설IP와 공인IP

  • 공인 IP : 인터넷과 같은 외부 네트워크와 통신하는 IP
  • 사설 IP : 공인 IP를 지닌 특정 호스트와 같은 네트워크 대역에서만 사용하는 IP
  • 사설 IP를 할당받은 호스트가 사설 네트워크 외부와 통신할 때는 공인 IP를 지닌 라우터가 각자의 사설 IP를 공인 IP로 전환하여 통신한다. 때문에 외부에서 볼 때 사설 네트워크 대역은 존재하지 않는 것으로 보인다.
  • 가정에서의 네트워크를 예시로 들면, 각 집마다 인터넷은 하나만 설치해도 집 내부의 여러 디바이스들이 인터넷과 연결된다. 이 때 인터넷을 하나만 설치한 것이 공인 IP 하나를 구매하여 라우터에 할당 후 인터넷과 연결한 것이고, 이 공인 IP를 바탕으로 디바이스들이 각각의 사설 IP를 할당받아 사설 네트워크 대역을 형성하는 것이다.
  • 이와 같이 특정 IP를 다른 IP롤 전환하는 기술을 NAT(Network Address Translation)이라고 한다.
  • 라우터가 사설 네트워크 대역에서 외부 네트워크로 요청이 전송될 때 NAT 테이블에 이를 기록하고 응답이 돌아올 때 NAT 테이블 기록에 따라 요청을 보낸 사설 IP로 그 응답을 보낸다.
  • 외부에서 사설 IP로 직접 접근하려면 포트포워딩이라는 기술이 필요하다.


(* 유튜브 [따라하면서 배우는 IT] 채널의 "04. 실제로 컴퓨터끼리는 IP주소를 사용해 데이터를 주고받는다" 강의를 요약한 내용입니다. )

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